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小转角双层石墨烯体系
的
结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学
2021-02-01
推进整体实现联合国可持续发展目标(SDGs)
的
系统方案
2015年,联合国通过了《改变我们的世界:2030年可持续发展议程》,提出了包含经济、社会、环境三方面的17项可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs)。然而,经过四年多的发展,联合国可持续发展目标报告(2019)显示,人类在推动实现可持续发展目标的道路上已经偏离了既定轨道,亟待采取更有效的策略和措施,推动实现可持续发展目标。 面对上述挑战,学者们从不同角度探讨了推动实现SDGs的对策方案。然而,由于政治、社会、经济、环境等多因素影响的级联效应,单一区域和国家的方案可能会对其他区域和国家带来负面影响。为避免这种潜在风险,亟需发展综合系统框架,整体推进区域、国家和全球不同尺度可持续发展目标的实现。针对该科学问题,近日北京师范大学地理科学学部傅伯杰院士团队基于系统思考,从分类(Classification)、统筹(Coordination)、协作(Collaboration)三个方面提出了整体实现SDGs的“分类-统筹-协作”(3C)系统方案。该成果于2020年3月19日在线发表于《National Science Review》。 研究指出,在落实SDGs的过程中,分类是基础,是指以事物的性质、等级或其他特征为参考,将其分为不同的组别,可为不同事物之间的关系分析、差异比较和综合管理奠定基础。文章强调需要从系统的角度出发,理清SDGs之间的逻辑关系,识别不同类型国家的优势和不足,明晰推动实现SDGs在空间和时间上的尺度效应。统筹是核心环节,是指通过自上而下的管理方式把分散的组份或子系统整合起来,使它们能高效工作,发挥系统的整体功能。在面向整体实现SDGs的进程中,统筹管理需要综合考虑不同类别SDGs之间的相互联系、不同国家和地区之间的能力与需求、不同政策之间的衔接协同。协作是必要手段,鉴于不同国家和地区在发展能力上的显著差异,加强不同发展水平国家/地区之间在经济、科技和文化领域的协作与共享,对整体实现SDGs发挥着决定性的作用。 该研究同时强调,分类、统筹与协作之间存在着相互作用与密切关联。如分类过程需要多利益攸关方的统筹与协作,而通过分类也可以加强统筹,促进更有效率的协作。“分类-统筹-协作”系统方案有望在尊重差异的基础上,促进不同国家和地区参与到全球治理中,不仅有助于推动SDGs在短期内重点突破,也有望整体推进SDGs的长期协同发展。
北京师范大学
2021-02-01
开发基于MXene
的
新型光催化剂实现安全空气消毒
新冠疫情的爆发,使人们对空气消毒日益重视。其中,紫外辐射是一种常见的空气消毒技术。然而,在实际的消毒过程中,微生物往往存在“复活”现象,从而大大影响了消毒效果。 近日,天津大学王灿教授团队提出了一种基于单层Ti3C2Tx(MXene)和暴露{001}晶面的TiO2的新型光催化剂,提高了光催化活性,取得了更高的消毒效率。该研究对前体MAX相蚀刻、插层、超声剥层,制备单层Ti3C2Tx纳米片,即MXene;通过水热法并同时调控TiO2晶面,合成光催化剂MXene/{001}TiO2,浸渍涂覆于聚氨酯(PU)海绵。 在此基础上,该研究将涂覆TiO2/MXene的PU海绵填充入连续流光催化反应器,用于动态的空气消毒,发现相比于传统的紫外消毒技术显著提高了对空气微生物的灭活效率。该研究进一步探究了紫外/光催化消毒后的空气微生物在有光(光复活)和无光(暗修复)条件下的复活情况,结果表明,与单独紫外消毒相比,经过光催化灭活的空气微生物基本无暗修复现象,在可见光下细菌浓度甚至呈现持续下降趋势。进一步对灭活机理的研究发现,紫外线通过作用于细胞DNA生成嘧啶二聚体灭活细菌,该损伤可在一定波长的可见光下被修复,细菌复活;而光催化的加入产生了活性氧自由基,对细菌的细胞结构造成了不可逆的损伤,这类损伤难以修复。因此,基于该研究中合成的新型光催化剂,可以达到更高的空气消毒效率,同时实现更彻底的消毒效果。相关的技术成果可以应用于因新冠疫情感染场所的空气消毒。
天津大学
2021-02-01
MSER:聚合物基三维连续网络
的
导热复合材料
伴随着5G、大数据、人工智能、物联网、工业4.0、国家重大战略需求等领域的技术发展,电子器件正朝着高功率、高集成化和便携式的方向发展,这亟需高效、轻质和高稳定性的热管理材料和方案来保证电子产品的效率、可靠性、安全性、耐用性和持续稳定性。如何大幅提高导热材料的热导率一直是热管理材料行业的技术痛点,也是促进消费电子、5G设备、高功率芯片、集成电路、电池等突破功率限制的关键。由于传统导热材料如金属、无机导热材料存在质量大、柔性差等缺点,导热聚合物的应用正在不断向高导热材料领域渗透。聚合物导热材料在成本、可加工性、柔韧性及稳定性等方面更有优势。但绝大多数的聚合物自身的导热性很差(一般导热系数为0.2 ~ 0.5 W/mK),无法满足高导热的需求,开发高导热的聚合物复合材料已经成为该领域的一个研究热点。采用复合高导热填料(如石墨烯、碳纳米管、氮化硼、金属氧化物等)是一种简单而高效的方式来提高聚合物基体的热导率,目前在工业生产已经有了广泛的应用。现有的大量研究表明,在聚合物材料内部构建导热网络可以在低添加量的条件下实现热导率的大幅度提高,这种三维渗流网络(如图1所示)可以为声子的快速传递提供通道,从而加速热量沿着三维网络进行传递。 封伟团队在综述中重点介绍了不同三维导热网络的构建及在制备聚合物导热复合材料方面的最新进展,如石墨烯三维网络、碳纳米管网络、氮化硼网络、金属三维导热网络等。讨论了不同导热材料三维网络的构建方法、结构取向调控方法及影响导热性能的关键因素(取向性、界面连接性、网络密度等)。同时,比较了不同的填料形式(分散颗粒填料与三维连续填料网络)对复合材料热导率的影响。相比于共混法制备的导热复合材料,基于三维填料网络的复合材料在填充比、分散性、取向控制及热导率提升率上都具有明显的优势。毫无疑问,三维连续导热网络的形成对于提升聚合物热导率至关重要。可以预见,三维导热填料网络的设计将作为一种实现聚合物高导热率的重要手段,成为新一代热管理系统的研究热点。 极端环境热管理系统在能源化工、通讯卫星、高速飞行器及人工智能等领域都发挥重要作用。导热复合材料作为热管理系统的关键材料,直接影响着其在不同环境内的热传导方向和效率。近年来,天津大学封伟教授团队以高导热碳复合材料为研究基础,针对其存在的导热各向异性、易损伤、压缩回弹性差以及与高弹性难以兼顾的问题,提出了通过微观结构设计、界面优化、分子级相互作用优化,分别实现复合材料的定向高导热、弹性高导热及自修复高导热,探索其在复杂界面和极端环境热传导领域的应用。
天津大学
2021-02-01
中国科大研制一种可替代塑料
的
仿生可持续结构材料
塑料制品给现代生活带来极大便利的同时,也正造成严重的环境问题。大多数塑料来自于石油产品,由于其极端的稳定性,废弃后在环境中长时间也难以降解,最终造成持续性的环境污染问题。研发一系列可持续的高性能结构材料,以部分替代石油基塑料,是该问题最有希望的解决方案之一。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制,这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此,引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能,拓宽其应用范围,加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。该工艺过程宜于放大,产品具有良好的可加工性和丰富多变的色彩和光泽,使其可以作为一种更加美观和耐用的结构材料有望替代塑料。 该材料具有仿珍珠母的结构设计,这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能。珍珠母所具有的砖-泥结构,使其可以基于普通的天然物质构筑高性能的材料,并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控,成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块,一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度,另一方面,还通过裂纹偏转等仿生结构原理,大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能,为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。
中国科学技术大学
2021-02-01
一种基于高程等值线法量测树冠体积
的
方法
本发明公开了一种基于高程等值线法量测树冠体积的方法。该方法是在不用伐倒立木的情况下,通过免棱镜激光全站仪获取树冠三维空间坐标,以此绘制树冠的等高线,运用等高线建立树冠的数字高程模型计算出树冠的体积,这大大提高工作效率,降低劳动强度,尤其是避免了由于传统的树木体积过程中,需要砍伐大量的树木以获取区分断面直径,对森林造成损伤大的现象,具有广阔的市场前景。
北京林业大学
2021-02-01
适用于致密油储层
的
压裂排驱液及其制备方法
本发明涉及适用于致密油储层的压裂排驱液及其制备方法,该体系的动力学过程与压裂、排驱过程具有高度协同性,可为致密油储层大幅度提高采收率提供技术支持,属于油气田开发工程. 背景技术:我国致密油资源丰富,预计可采资源量约14~20亿吨,开采潜力巨大,鄂尔多斯长7和准噶尔吉木萨尔两大致密油区成功开发,预示着致密油将会成为我国原油供应的新生力量。但由于我国致密油孔隙度一般小于10%、渗透率一般小于0.1×10-3μm2,具有低孔低渗的典型特征。储集层喉道具有突出的微-纳米级孔喉系统特征,以鄂尔多斯盆地长7段致密油为例,储集层喉道半径主要分布于0.10~0.75μm。因此采用人工压裂措施,利用压裂液携砂在储层中形成人工缝网系统进行衰竭开采,由于基质致密难以将其中的原油驱至缝网,另外储层压力的降低,将导致缝网的闭合,阻塞油流。这是致密油衰竭开采产量递减快、采收率低、后续补充能量困难的主要原因,通常致密油的年产量递减>40%,甚至达到90%;致密油平均一次采收率仅为5%~10%。为了进一步提高致密油采收率,通过注入驱替流体,注气、注水等增产措施补充地层能量。注水可提高采收率,但注不进去,致密油储层岩石表面极性易形成水化膜,地层粘土矿物遇水膨胀,孔隙趋于闭合,导致注水压力迅速上升,注入量大幅度减小,地层能量未有效补充。注气的气源问题限制了其规模化应用。针对以上致密油开发手段遇到的难题,本发明创新地提出一种用于致密油储层兼具压裂和排驱双重作用的压驱体系及其使用方法,将压裂和增产两次措施缩减为一次措施即可大幅度提高致密油采收率。
中国地质大学(北京)
2021-02-01
核磁共振测井仪
的
探头磁体、探头和核磁共振测井仪
本成果针对并下极端环境建立BO和B1两处正交核磁共振条件和低信噪比检测的术瓶颈,突破室内核磁共振成像和国外井下核磁共振局限,创新设计出异型磁体和定向天线构的井下核磋共振探头碰体、探头和核磁共振仪器,使静磁场与射频磁场在预设区域动态正交,实现居中、编心以及分区扫描等探测特性的仪器创新。在增加有效探测深度的同时,还增强了探头的整体机械特性,降低装配工艺要求,具有稳定高、抗干扰性强的特点。
中国石油大学(北京)
2021-02-01
基于克希霍夫积分法
的
绕射波场分离方法
本成果提供了一种通过克希霍夫偏移输出倾角道集,利用在倾角域中绕射波和反射波的明显区别来发据隐藏在反射背景下的绕射源,从而对地下的地质突变点进行精细成像,为复杂碳酸盐岩储层提供一种全新的预测技术。该专利在计算效率上具有明显优势,使绕射波分离方法的大范围工业推广变为可能,显著提高了溶洞、断层等绕射目标的成像精度,提升了复杂储屋的识别能力,对于寻找有效储集空间、准确评估油气储量、提高油气采收率均具有重要指导意义。
中国石油大学(北京)
2021-02-01
聚乙烯基苯磺酸或其盐作为室温磷光材料
的
应用
本发明涉及有机发光材料技术领域,更具体地,涉及聚乙烯基苯磺酸或其盐作为室温磷光材料的应用。 背景技术: 室温磷光与荧光相比具有特殊的延时特性,一方面,可避免短寿命的荧光和散射光的干扰,另一方面,特殊的延时特性可以作为一种特定的防伪信号,具有难以模仿的防伪性能。 然而现存的无机室温磷光材料在应用方面存在一定的限制,如稀土长余辉材料,由于其室温磷光寿命过长、难加工成型,使其在防伪方面难以发挥作用。而大多数有机室温磷光材料存在难合成、难加工、加工过程污染大的问题。大量的室温磷光材料都含有重金属、卤原子,不仅污染大、毒性高、不易加工而且价格昂贵,合成危险且难度高。 同时有机磷光材料的三重态对温度和氧气极其敏感,传统观念认为对有机化合物而言,磷光只能在低温、无氧条件下获得,极大的限制了其在各类领域的应用。因此,如何基于商品化的水溶性聚合物材料,合理设计开发出高效的、成本低、易加工成型的无卤、可水性印刷的室温磷光聚合物材料在理论和应用研究方面都具有重要的研究意义和价值。目前已有部分有机磷光材料的报道,例如专利201610563059.0,其是将磷光单体和荧光聚合在一起形成具有磷光和荧光性质的聚合物。同样,专利201610428357.9公开了带有卤素的化合物制备的具有磷光性质的聚合物。虽然已有部分有机磷光材料的报道,但是实际可应用的材料较少,仍然存在极大的研究空间,有待于进一步的开发和研究。 技术实现要素: 本发明的目的在于提供聚乙烯基苯磺酸或其盐作为室温磷光材料的应用。本发明首次发现聚乙烯基苯磺酸或其盐具有长寿命室温磷光发光的特性,且为纯有机物,不含有卤素等毒性高的元素,也不含有贵金属,其原料易得、成本低廉,可作为室温磷光材料进行应用。 本发明的第二目的在于提供一种无卤、可水性印刷的室温磷光材料。 本发明的第三目的在于提供所述无卤、可水性印刷的室温磷光材料在作为或制备发光元器件或发光材料中的应用。 本发明的第四目的在于提供所述无卤、可水性印刷的室温磷光材料在制备防伪标志中的应用。 本发明的第五目的在于提供所述无卤、可水性印刷的室温磷光材料在制备可水性印刷发光材料中的应用。
中山大学
2021-02-01
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